国际科研周报

来源：环球科学、科技日报、中国科学报、新华社等

发现新的与触觉感知相关的离子通道

触觉感知是通过机械刺激激活离子通道并刺激神经末梢实现的。此前，科学家只知道一种触觉感知所必需的离子通道——PIEZO2，但只有PIEZO2无法解释触觉的全部机制。而在最新发表于《科学》（Science）的一项研究中， 研究者发现了另一种在触觉感知中发挥重要作用的离子通道——ELKIN1。

研究人员培育了缺乏Elkin1基因的小鼠，用棉签轻擦它们的后爪，正常小鼠90%的时间里会对棉签作出反应，而缺乏Elkin1的小鼠只有一半时间有反应，但对温度等非机械刺激的反应没有受到影响。此外，研究者通过膜片钳法（patch clamp method）记录了小鼠感觉神经元在神经元膜接受机械刺激时的电活动，结果发现，在缺乏Elkin1的小鼠中，大约一半神经元对机械刺激没有反应。进一步的实验证实，在从皮肤到脊髓和大脑的第一段信号传递过程中，皮肤上神经元的接收末端没有信号传递。研究人员还通过从干细胞培养皿中培养出的人类感觉神经元的实验发现，Elkin1可能在人类触觉感知中也扮演重要角色。研究者认为，Elkin1和Piezo2在触觉感知的信号传输过程中共同发挥着作用。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0495

北极可能在十年内迎来无冰的夏季

北极海冰的流失是气候变暖造成的影响之一。随着气候继续变暖，科学家预测最终北极最终将出现无冰（海洋中冰层面积低于100万平方千米）的情况，预测我们将在何时观测到北极的首次无冰期非常重要。近日，美国科罗拉多大学博尔德分校的研究团队发表在《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）的一项新研究表明，最早在未来几年，北极就会出现几乎没有海冰的情况。北极的第一个无冰期可能比之前的预测提早10年。

研究人员分析了海洋冰层面积变化的文献资料，还分析了来自计算机气候模型生成的海冰覆盖数据，以评估北极未来每天可能发生的变化。他们发现，海冰覆盖面积首次降至无冰阈值的第一天，会比月平均值低于阈值提前4年，甚至可能提前18年。他们预计，在所有可能的温室气体排放情景下，北冰洋将在21世纪20年代至30年代期间的某个8月底或9月初首次出现无冰的情况。海冰的减少会极大地影响依赖海冰生存的北极动物，与此同时，非本地鱼类可能会入侵北冰洋，对当地生态系统造成未知的影响。此外，海冰的消退会使海浪变得更大，导致海岸侵蚀，从而对沿海地区的居民造成影响。研究人员表示，北极无冰虽然不可避免，但未来的碳排放水平将决定这种情况发生的频率，我们仍需要尽可能保持低排放，避免长期无冰的情况。

https://www.nature.com/articles/s41598-024-51971-2

高尔基带并非脊椎动物独有

高尔基带是真核生物细胞中由多个高尔基堆通过分子链相互连接形成带状结构。此前，细胞生物学家认为高尔基带是脊椎动物独有的，而发表于《细胞·报告》（Cell Reports）上的最新研究表明，高尔基带也存在于其他动物类群中。

研究人员调查了各种动物分类群和密切相关的单细胞真核生物代表的高尔基结构。他们发现高尔基带存在于脊椎动物和无脊椎动物中，包括软体动物、环节动物（如蚯蚓）和棘皮动物（如海星和海胆），但不存在于节肢动物或线虫或更原始的动物分类群中，如海绵和栉水母。基于其分散但广泛的分布，研究人员认为高尔基带只进化了一次：大约6亿年前，在所有刺胞动物和两侧对称动物（包括除海绵动物、栉水母和盘虫之外的所有动物）的祖先中，但随后在一些两侧对称动物谱系中消失了，包括线虫和节肢动物。研究者表示，高尔基带的出现早于脊椎动物谱系的进化和多样化，这意味着它并没有进化出对脊椎动物的细胞生理有特定的作用。通过进一步研究，研究者推测，高尔基带的形成发生在原肠胚形成之前，这是胚胎确定发育成不同组织和身体结构的发育阶段。基于此，研究者提出高尔基带可能在胚胎发育和分化中起作用，但这还需要进一步研究验证。

https://cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00119-0

神经细胞有助于在睡眠期间将废物排出大脑

神经活动会不可避免地产生代谢废物，而代谢废物累积是许多神经系统疾病的主要原因。近日，发表在《自然》（Nature）上的一篇研究表明，在睡眠时，神经细胞产生的脑电慢波有助于驱动脑脊液通过致密的脑组织以完成对大脑的冲洗，排出清醒时积累的废物和毒素。在清理大脑时，脑脊液会在错综复杂的神经细胞网络中迂回穿行并收集有毒废物，进而通过血脑屏障进入到类淋巴系统。研究人员对睡眠状态的小鼠活体进行了电生理实验的细胞外记录，同时通过脑电图（EEG）和肌电图(EMG)来监测它们的全脑状态。实验结果表明，神经细胞会以一种协调一致的方式发射电信号来驱动清洁工作，此时在大脑中会产生有节奏的波。这种脑电波模式在整个睡眠周期中都会发生变化，例如，振幅更大的脑电波驱动液体的力度就会更大。该研究表明，神经元是大脑清除的主要组织者，同时解开了大脑代谢废物清理过程中高阻力实质内的流体动力学谜团。这一基本原理为宏观脑电波的功能引入了一个新的理论框架，有助于为阿尔茨海默病和其他神经系统疾病带来新的治疗方法。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07108-6

首次用羊水中的细胞创造出了类器官

近日，一项发表于《自然·医学》（Nature Medicine）的研究报告，羊水样本中收集的细胞可生成多种不同组织类型的类器官，而无需终止妊娠。这些类器官或提供了了解孕晚期发育的手段，有助于对先天畸形的研究。类器官是一种利用人类干细胞制造的三维模型，类似于胎儿组织。

通过从人类12次妊娠（孕期16周到34周之间）产检的羊水中收集上皮细胞，并利用单细胞测序，研究人员描述了这些细胞的性质，识别并分离出了胎儿胃肠道、肾源和肺源的上皮细胞。随后，他们培养了这些细胞，观察到它们开始增殖并自组织成三维类器官，在2周内可见。而且这些细胞会形成组织特异性原生胎儿类器官，即小肠、肾脏和肺，并显示出源组织的功能性特征。研究人员认为，这是产生胎儿类器官的一种替代方法，无需终止妊娠，解决长久以来的伦理顾虑，并可用于研究妊娠晚期阶段。不过，这还需要进一步研究验证这些发现的转化影响。

https://www.nature.com/articles/s41591-024-02807-z

中心恒星的辐射会影响周围行星的形成

近日，为了了解太阳系等行星系统的形成过程，研究团队使用韦布空间望远镜（JWST）研究了猎户星云中一个名为d203-506的原行星盘，发现在年龄不到100万年的行星系统中，大质量恒星发挥着关键的作用。相关研究发表于《科学》（Science）杂志。研究所关注的大质量恒星质量约为太阳的10倍，光度可达太阳的10万倍，这会导致附近的行星暴露在非常强烈的紫外线辐射下。这种辐射既可以帮助行星形成，也可以通过“吹散”星际物质阻碍行星形成，其影响取决于中心恒星的质量。例如，在猎户星云中，研究者发现由于大质量恒星的强烈辐射，d203-506原行星盘损失质量的速度超过了巨行星形成的速度，因此无法形成类似木星的行星。这项研究以前所未有的精度展示了大质量恒星在行星演化过程中发挥的决定性作用。

https://www.eurekalert.org/news-releases/1035580

冰卫星木卫二产氧量或少于此前预期

近日，一项发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）的研究认为，木星的冰卫星木卫二（Europa）拥有的氧含量可能少于此前预期，这些发现会影响木卫二的潜在宜居性。木卫二冰壳下有一个内部液态海洋，具有潜在的宜居条件。该卫星表面不断受到辐射轰击，辐射将冰壳分解成氢气和氧气，其中大部分从表面散失逃逸到了太空中，或留下来形成木卫二的大气。这些大气中气体和离子的丰度（及其在星球表面产生的速率）大多是通过遥感观测推断而来，有很大不确定性。

研究人员分析了2022年9月29日“朱诺”号飞越木卫二的数据，当时它从木卫二表面上空353千米高处飞过。利用“朱诺”号上的木星极光分布实验（JADE），研究人员获得了不同拾取离子（大气中性离子与高能辐射或其他离子碰撞破裂产生的带电粒子）的丰度。根据这些数据，他们计算发现木卫二表面每秒约产生12千克的氧。而此前模型预测木卫二表面每秒产生的氧大约为5~1100千克。这表明木卫二表面的氧可能低于此前预期，因而降低木卫二宜居的可能性。

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02206-x

迄今存活最久的心脏移植患者，刷新吉尼斯世界纪录

据路透社3月4日报道，荷兰男子伯特·扬森（Bert Janssen）接受心脏移植手术后已存活近40年，创造了新的吉尼斯世界纪录，成为迄今存活时间最长的心脏移植患者。扬森在17岁时被诊断出患有心肌病，这种疾病会让心脏难以将血液泵送到全身各处，同年6月他接受了心脏移植手术。接受移植手术后的心脏病患者平均寿命为16年，据称此前的吉尼斯世界纪录是一名加拿大人在2021年创下的34年零359天。

https://www.reuters.com/world/flying-dutchman-recognised-longest-surviving-heart-transplant-patient-2024-03-04/

Claude 3发布，全方位优于GPT-4

当地时间3月4日，由OpenAI前成员创立的人工智能（AI）公司Anthropic发布了Claude 3模型系列，共包括3个模型，按智能水平和成本由低到高依次为Claude 3 Haiku、Claude 3 Sonnet和Claude 3 Opus。Anthropic表示，Opus模型在本科生水平专家知识（MMLU）、研究生水平专家推理（GPQA）和基础数学（GSM8K）等方面均优于GPT-4，在复杂任务上表现出接近人类水平的理解力和连贯性。目前，Claude 3系列提供200K的上下文窗口，接受超过100万token的输入，可通过Anthropic官网免费试用，不过Opus模型仅限Claude Pro订阅用户使用，价格为每月20美元。Opus和Sonnet模型已通过API提供，Haiku也将很快推出API。

据悉，Claude 3系列支持即时与客户聊天、自动补全和数据提取任务。其中，Haiku是同类型模型中速度最快、性价比最高的型号：每百万token输入仅需0.25美元，输出则为1.25美元；对于arXiv网站上一篇信息和数据密度很高的论文（约1万token），Haiku仅需3秒就能读取。Claude 3系列模型也能处理各种视觉格式，包括照片、图表、图形和技术图表，能力与其他同类模型相当。此外，Claude 3还解决了此前Claude 2拒绝回答无害问题的情况；相比于Claude 2.1，Opus回答开放式问题的准确率提高了2倍，错误答案也更少了。

https://www.anthropic.com/news/claude-3-family

更年期未必影响心理健康，应停止将更年期视为一种疾病

当地时间3月5日，《柳叶刀》（The Lancet）发布“更年期专辑”（Menopause series）。专辑指出，将女性更年期过于简单地描述为通过绝经激素治疗解决的健康问题缺乏证据基础，而且转移了人们的注意力，忽视了应该对世界各地的更年期以及中/老年女性如何被看待及如何被治疗的巨大社会转变的需要。我们要改变既往对更年期的描述，将更年期视为健康衰老过程的一部分，这将有助于减轻对更年期的污名化与过度医疗。

专辑共包括4篇论文，其中之一是一篇包含了12项研究的综述文章，调查了绝经与抑郁之间的关系。研究结果显示，并无确凿证据表明所有女性在绝经过渡期会有较高风险罹患焦虑症、双相情感障碍、精神疾病或自杀。该研究对此前更年期可能导致心理健康问题的说法提出了质疑，并指出可能需要额外支持的特定高风险人群。其他论文还指出，临床医生应探讨绝经激素治疗之外，包括认知行为疗法在内的其他控制更年期症状的办法；雇主应实施有循证依据的实用政策来支持员工，比如进行教育科普、谈话沟通以及提供灵活的工作时间；对于需要特殊照护的部分女性，例如女性癌症患者，她们因治疗而提前进入更年期或提前经历更年期症状的可能性更大，要为她们提供新型治疗以及额外的支持。总之，所有女性都应获得有关更年期及其可能经历的真实全面的信息、所需的有效治疗以及共同决策的机会，让她们做好准备，更好地渡过这一人生阶段。

https://www.thelancet.com/series/menopause-2024